高温地热井牙轮钻头掉齿机理研究
发布时间：2022-02-22 19:14
随着国际能源储备的不断消耗,可持续无污染的高温地热能发展迅速,对于开采高温地热能的技术要求在逐步提高。高温地热井的开采有别于常规油气,其地质环境较为恶劣,多火成岩等耐磨岩层,地层漏失严重,井底温度达到200℃以上,从而导致三牙轮钻头掉齿现象非常严重,严重影响了钻井效率。高温地热井中出现的钻头掉齿问题,其机理与普通油气钻井钻头明显不同。通常用以检验牙轮固齿强度的轴力压出法不仅不能满足高温环境下牙齿镶固强度评价的需要,也不能满足掉齿机理研究的需要。为此本文从理论分析基础上提出了新的牙齿镶固能力实验测试方法,并用这种方法开展了模拟高温环境的固齿能力检测实验,通过实验数据的分析,对高温地热井牙轮钻头掉齿现象的机理有了新的认识。主要研究工作包括：（1）针对高温地热井独特钻井工艺分析常规固齿技术应用于高温地热井牙轮中的不足,开展高温地热井牙轮掉齿原因分析；（2）对牙齿镶固强度进行理论计算,其中包括防止牙齿脱落的理论分析、孔壁应力分析和孔口应力分析,完成各因素影响的有限元仿真分析；（3）开展了高温条件下镶固牙轮牙轮钻头牙齿固齿能力实验测试方法研究,设计了高温地热井牙轮钻头牙齿镶固实验,开展温度、过盈...
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 高温地热井钻头技术研究国内外现状
1.2.1 高温地热井技术
1.2.2 牙轮固齿技术研究现状
1.2.3 高温地热井牙轮钻头存在的问题
1.3 主要研究内容
第2章 高温地热井牙轮钻头掉齿原因分析
2.1 温度的影响
2.1.1 温度导致塑变的影响
2.1.2 温度对过盈量的影响
2.1.3 温度对材料强度的影响
2.1.4 温度对孔底空气的影响
2.2 井底沉砂的影响
2.2.1 泥浆液漏失导致井底沉砂
2.2.2 高温下围岩坍塌导致井底沉砂
2.3 稳定器的影响
2.4 掉齿原因总结
第3章 牙齿镶固强度理论分析及有限元数值模拟
3.1 牙齿镶固强度计算分析
3.1.1 防止牙齿脱落的理论分析
3.1.2 孔壁应力分析
3.1.3 孔口压力计算
3.2 温度对紧固力影响的理论计算
3.3 孔底空气对紧固力影响的理论计算
3.4 牙齿紧固力有限元数值模拟
3.4.1 过盈量对紧固力影响有限元仿真
3.4.2 齿径对紧固力的影响有限元仿真
3.4.3 埋齿深度对紧固力的影响有限元仿真
3.4.4 齿孔距影响有限元数值模拟
3.4.5 横向加载条件对紧固力的影响有限元仿真
第4章 牙齿镶固强度测试实验
4.1 牙齿镶固强度实验方法与内容
4.1.1 实验目的
4.1.2 实验内容
4.1.3 实验方法
4.2 实验准备与过程
4.2.1 实验装置设计加工
4.2.2 实验规划
4.2.3 实验过程
4.3 实验结果分析
4.3.1 硬度实验
4.3.2 高温压缩实验
4.3.3 紧固力测试实验
4.3.4 齿距实验
4.3.5 横向加载条件下齿孔变形测试实验
4.3.6 小结
第5章 总结
5.1 主要研究成果
5.2 课题主要创新点
5.3 存在的问题及下一步工作
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design principle for parameters and interferences of tungsten carbide insert interface on roller bits[J]. YIN Kun,JONG Yonchol,BO Kun,CHOE Jongman. Global Geology. 2013(01)
[2]美国:全球地热能开发第一国[J]. 王燕霞. 中国石化. 2012(12)
[3]钢铁材料抗拉强度与硬度关系综述[J]. 沈保罗,李莉,岳昌林. 现代铸铁. 2012(01)
[4]地热资源开发应用现状及前景综述[J]. 毕玉荣. 石油石化节能. 2011(10)
[5]高温岩体地热钻井施工关键技术研究[J]. 郤保平,赵金昌,赵阳升,朱合华,武晋文. 岩石力学与工程学报. 2011(11)
[6]牙轮钻头的应用领域及钻进技术[J]. 许刘万,王艳丽. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2011(09)
[7]Ф14.0mm钻齿与钻头本体齿孔的过盈分析[J]. 孟晓平,董亮亮,童华,王作文,于小龙,赵学峰. 石油钻探技术. 2011(02)
[8]肯尼亚OLKARIA高温地热井钻井技术应用[J]. 王龙,张子桥,张华伟,王颖. 国外油田工程. 2010(10)
[9]泡沫钻井携岩极限井深模拟与实例研究[J]. 杨虎. 钻井液与完井液. 2010(04)
[10]牙轮失效分析研究[J]. 伍翠兰,陈汪林,元敏. 湖南大学学报(自然科学版). 2010(02)
本文编号：3640064
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 高温地热井钻头技术研究国内外现状
1.2.1 高温地热井技术
1.2.2 牙轮固齿技术研究现状
1.2.3 高温地热井牙轮钻头存在的问题
1.3 主要研究内容
第2章 高温地热井牙轮钻头掉齿原因分析
2.1 温度的影响
2.1.1 温度导致塑变的影响
2.1.2 温度对过盈量的影响
2.1.3 温度对材料强度的影响
2.1.4 温度对孔底空气的影响
2.2 井底沉砂的影响
2.2.1 泥浆液漏失导致井底沉砂
2.2.2 高温下围岩坍塌导致井底沉砂
2.3 稳定器的影响
2.4 掉齿原因总结
第3章 牙齿镶固强度理论分析及有限元数值模拟
3.1 牙齿镶固强度计算分析
3.1.1 防止牙齿脱落的理论分析
3.1.2 孔壁应力分析
3.1.3 孔口压力计算
3.2 温度对紧固力影响的理论计算
3.3 孔底空气对紧固力影响的理论计算
3.4 牙齿紧固力有限元数值模拟
3.4.1 过盈量对紧固力影响有限元仿真
3.4.2 齿径对紧固力的影响有限元仿真
3.4.3 埋齿深度对紧固力的影响有限元仿真
3.4.4 齿孔距影响有限元数值模拟
3.4.5 横向加载条件对紧固力的影响有限元仿真
第4章 牙齿镶固强度测试实验
4.1 牙齿镶固强度实验方法与内容
4.1.1 实验目的
4.1.2 实验内容
4.1.3 实验方法
4.2 实验准备与过程
4.2.1 实验装置设计加工
4.2.2 实验规划
4.2.3 实验过程
4.3 实验结果分析
4.3.1 硬度实验
4.3.2 高温压缩实验
4.3.3 紧固力测试实验
4.3.4 齿距实验
4.3.5 横向加载条件下齿孔变形测试实验
4.3.6 小结
第5章 总结
5.1 主要研究成果
5.2 课题主要创新点
5.3 存在的问题及下一步工作
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design principle for parameters and interferences of tungsten carbide insert interface on roller bits[J]. YIN Kun,JONG Yonchol,BO Kun,CHOE Jongman. Global Geology. 2013(01)
[2]美国:全球地热能开发第一国[J]. 王燕霞. 中国石化. 2012(12)
[3]钢铁材料抗拉强度与硬度关系综述[J]. 沈保罗,李莉,岳昌林. 现代铸铁. 2012(01)
[4]地热资源开发应用现状及前景综述[J]. 毕玉荣. 石油石化节能. 2011(10)
[5]高温岩体地热钻井施工关键技术研究[J]. 郤保平,赵金昌,赵阳升,朱合华,武晋文. 岩石力学与工程学报. 2011(11)
[6]牙轮钻头的应用领域及钻进技术[J]. 许刘万,王艳丽. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2011(09)
[7]Ф14.0mm钻齿与钻头本体齿孔的过盈分析[J]. 孟晓平,董亮亮,童华,王作文,于小龙,赵学峰. 石油钻探技术. 2011(02)
[8]肯尼亚OLKARIA高温地热井钻井技术应用[J]. 王龙,张子桥,张华伟,王颖. 国外油田工程. 2010(10)
[9]泡沫钻井携岩极限井深模拟与实例研究[J]. 杨虎. 钻井液与完井液. 2010(04)
[10]牙轮失效分析研究[J]. 伍翠兰,陈汪林,元敏. 湖南大学学报(自然科学版). 2010(02)
本文编号：3640064
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/3640064.html
